WO2022050636A1 - 릴레이 및 이를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents

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WO2022050636A1
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magnets
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relay
switching device
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김기현
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a relay and a battery system including the same.
  • An arc occurs when the relay is opened while high current is flowing in the battery system.
  • an arc generated when a relay is opened while a high current flows in one direction using a magnet is formed outside the contact terminal. This can improve the durability of the relay.
  • the arc generated when the relay is opened while high current flows in one direction and the opposite direction occurs inside the contact terminal. This may reduce the durability of the relay.
  • the conventional battery system cannot increase both currents in both directions. That is, the battery system can increase the current in one direction, but cannot increase the current in the other direction.
  • An object of the present invention is to provide a relay and battery system that can improve the lifespan of a contact terminal for bidirectional current by changing a magnetic field according to the direction of current.
  • a battery system includes a battery pack including a plurality of battery cells, a first contact terminal connected to one end of the battery pack, and a second contact terminal connected to an output terminal, wherein the relay comprises: , a magnet device for changing a magnetic field according to a direction of a current flowing between the first contact terminal and the second contact terminal.
  • a relay is a switching device including a moving contact bar electrically connecting two contact terminals when a current flows in a coil, facing each other based on a virtual reference line connecting the two contact terminals and surrounding the switching device
  • a magnet device including two magnets with an inner peripheral surface, which is a portion of an inner peripheral surface of the magnet device, so that the magnet device is supported and rotated with respect to the switching device, and a coupling inner peripheral surface, which is a portion of the inner peripheral surface of the magnet device, and the switching device positioned corresponding to the engaging inner peripheral surface
  • a rotation and support member positioned between a portion of the outer circumferential surface of the outer circumferential surface, and a current sensor sensing a direction of a current flowing between the two contact terminals, the two magnets are rotated according to the direction of the current.
  • the relay may further include a fixing substrate coupled to a lower surface of the switching device to fix the switching device.
  • the magnet device further includes a magnet rotating unit in which the two magnets are positioned to face each other on the upper surface and fixed, and when the direction of the current is changed, the magnet rotating unit rotates to change the positions of the two magnets can
  • the magnet rotating unit includes a gear block including a plurality of gear teeth formed along an inner circumferential surface of a gear that is a partial region of an inner circumferential surface of the magnet rotating unit, and the relay includes a gear block having a plurality of gear teeth formed in a circular shape at the end of the shaft.
  • a motor comprising a
  • the gear block of the motor and the gear block of the magnet rotating unit may be located close to each other so that the gear teeth mesh.
  • the relay may further include a motor driving unit for driving the motor to rotate the magnet rotating unit 180 degrees when the current direction is changed.
  • Each of the two magnets may have a shape in which only an outer portion of a predetermined thickness is left in a column having a sector-shaped cross section, and the magnet rotating part may have a shape in which only an outer portion of a predetermined thickness is left in a cylinder.
  • the N-pole magnet which is one of the two magnets
  • the S-pole magnet which is the other one of the two magnets
  • the N-pole magnet may be located on the other side with respect to the virtual reference line
  • the S-pole magnet may be located on one side with respect to the virtual reference line
  • the rotation and support member may be implemented as a ball bearing.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a relay according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating only a switching device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a cross-section of the switching device taken along the line A-A' in FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a magnet device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a rear view of a magnet device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a motor, a motor driving unit, and a relay control unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG 8 and 9 are views showing the operation of the magnet device according to the direction of the current.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery system according to an embodiment.
  • the battery system 1 includes a battery pack 10 , a Battery Management System (BMS) 20 , and a relay 40 . Although only one battery pack is illustrated in FIG. 1 , the invention is not limited thereto and the battery system 1 may include two or more battery packs. In addition, two or more battery packs may be connected in series or parallel, a plurality of battery packs connected in series may be connected in parallel, or a plurality of battery packs connected in parallel may be connected in series.
  • BMS Battery Management System
  • the battery pack 10 includes a plurality of battery cells 11-15 connected in series.
  • the battery pack 10 is illustrated as including five battery cells 11 - 15 , but this is an example and the invention is not limited thereto.
  • the BMS 20 is connected to the plurality of battery cells 11-15 to measure cell voltages of the plurality of battery cells 11-15.
  • the BMS 20 may obtain the battery pack 10 voltage, the battery pack current, and the temperature of the battery pack.
  • the BMS 20 controls the charging/discharging current of the battery pack 10 based on the cell voltage and the battery pack current of the plurality of battery cells 11-15, and balancing the cells for the plurality of battery cells 11-15. You can control the action. also,
  • the BMS 20 controls the opening and closing of the relay 30 for charging/discharging control of the battery pack 10 .
  • the BMS 20 may generate and supply a relay control signal RCS for controlling the opening and closing of the relay 40 to the relay 40 .
  • the relay 40 is opened or closed according to the relay control signal RCS, and includes two contact terminals 41 and 42 , and the contact terminal 41 is connected to the positive electrode of the battery pack 10 through a line 31 . connected, and the contact terminal 41 is connected to the output terminal P+ through a line 32 .
  • the invention is not limited thereto, and the battery system 1 may further include a relay connected between the negative electrode of the battery pack 10 and the output terminal P-. there is.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a relay according to an embodiment.
  • the relay 40 includes a switching device 50 , a magnet device 60 , a motor 70 , a ball bearing 80 , and a fixed substrate 90 .
  • the switching device 50 controls the electrical connection between the two contact terminals 41 , 42 .
  • the switching device 50 and the magnet device 60 may be coupled by various rotation and support members.
  • the rotating and supporting member supports the switching device 50 and the magnet device 60 so as to surround the switching device 50 at a rotatable distance with respect to the fixed switching device 50 , and is centered on the switching device 50 .
  • It may be a member that allows the magnet device 60 to rotate.
  • the rotating and supporting members may be implemented with various types of bearings. In FIG. 2 , the ball bearing 80 is illustrated as a rotating and supporting member, but the invention is not limited thereto.
  • the magnet device 60 includes two magnets 61 , 62 , and a magnet rotating part 65 .
  • the two magnets 61 and 62 surround the switching device 50 while facing each other based on the virtual reference line 43 connecting the two contact terminals 41 and 42 .
  • On the upper surface of the magnet rotating unit 65 two magnets 61 and 62 are positioned to face each other and fixed, and their positions are changed based on the virtual reference line 43 according to the rotation of the magnet rotating unit 65. .
  • the magnet rotating unit 65 may be rotated by the motor 70 to rotate the two own ships 61 and 62 .
  • a region 63 attached to the outer peripheral surface of the ball bearing 80 among the inner peripheral surface of the magnet rotating part 65 is located.
  • the lower surface of the switching device 50 is coupled to and fixed to the fixed substrate 90 . Accordingly, the motor 70 is driven to rotate the magnet rotating unit 65 , and the two magnets 61 and 62 coupled to the magnet rotating unit 65 also rotate.
  • the structure illustrated in FIG. 2 is an example of a structure in which the positions of the two magnets 61 and 62 can be exchanged with respect to the virtual reference line 43 .
  • the invention is not limited to the structure shown in FIG. 2 , and any one of various structures in which the positions of the two magnets 61 and 62 can be exchanged with respect to the virtual reference line 43 may be applied.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating only a switching device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a cross-section of the switching device taken along the line A-A' in FIG. 3 .
  • a plurality of grooves are formed on the outer peripheral surface 52 of the coupling part 51 .
  • the switching device 50 is shown as a plunger type, but the invention is not limited thereto. It can also be applied to other types of switching devices in which arcing occurs due to relay opening.
  • the switching device 50 includes contact terminals 41 , 42 , a plunger 57 , coils 45 , 46 , a housing 55 , and a current sensor 90 .
  • the housing 55 may contain the configuration of the switching device 50 , fix the contact terminals 41 and 42 , and may be attached to the fixed substrate 90 .
  • the current sensor 90 is connected between the two contact terminals 41 and 42 , and can sense the direction of a current flowing between the two contact terminals 41 and 42 .
  • the current sensor 90 is illustrated as being connected between the two contact terminals 41 and 42, but the invention is not limited thereto, and the direction of the current flowing between the two contact terminals 41 and 42 is shown. It may be connected to another configuration so that it can be detected.
  • the current sensor 90 may be electrically connected to the lines 31 and 32 outside the switching device 50 to sense the direction of the current.
  • the current sensor 90 may generate a signal IS indicating the sensed current direction and transmit it to the relay control unit 300 .
  • the plunger 58 includes a moving contact bar 56 and a shaft 57 , the shaft 57 is coupled in a direction perpendicular to the moving contact bar 56 and is located in the central passage 59 , and the coil 45 , 46) can move along the central passage 59 by a magnetic field generated when a current flows.
  • the coils 45 and 46 may be implemented as solenoids. That is, the coils 45 and 46 are wound so as to surround the central passage 59 so that a hollow solenoid shape can be implemented.
  • the shaft 57 moves upward, so that the moving contact bar 56 comes into contact with the two contact terminals 41 and 42 .
  • the battery system 1 and the output terminal P+ are connected, and a current may flow to a device electrically connected between the two output terminals P+ and P-, or a current may be supplied from the device.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a magnet device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a rear view of a magnet device according to an embodiment.
  • the magnet device 60 includes two magnets 61 , 62 and a magnet rotating part 65 .
  • Each of the two magnets 61 and 62 has a shape in which only an outer portion of a predetermined thickness d1 is left in a column having a sector-shaped cross section, and the magnet rotating part 65 is a shape that leaves only an outer portion of a predetermined thickness d2 in a cylinder.
  • the central angle ⁇ of the sectoral cross section of each of the two magnets 61 and 62 may be greater than or equal to a predetermined angle and less than 180 degrees.
  • the thickness d2 may be equal to or greater than the thickness d1.
  • the magnet rotating part 65 includes a gear block 66 formed in a partial region of the inner circumferential surface (hereinafter referred to as “gear inner circumferential surface”) 69 .
  • the gear block 66 includes a plurality of gear teeth (eg, 67 ), and the plurality of gear teeth 67 are continuously formed along the gear inner circumferential surface 69 .
  • the gear block 66 may be rotated by the motor 70 to rotate the magnet rotating unit 65 .
  • the magnet rotating part 65 is coupled to the switching device 50 fixed by the ball bearing 80 , it rotates in place.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a motor, a motor driving unit, and a relay control unit according to an exemplary embodiment.
  • a gear block 72 having a plurality of gear teeth formed in a circular shape is coupled to the end of the shaft 71 of the motor 70 .
  • the motor driving unit 73 is driven by supplying power to the motor 70 according to the motor driving signal MS supplied from the relay control unit 44 .
  • the gear block 72 of the shaft 71 and the gear block 66 of the magnet rotating part 65 are located close to each other so that the gear teeth of each other can mesh.
  • the gear block 72 rotates around the shaft 71, and a plurality of gear teeth of the gear block 72 and the gear block 66 While the plurality of gear teeth of the sequentially meshed, the magnet rotating unit 65 rotates.
  • the relay control unit 44 may determine a current direction according to the current sensing signal IS, detect a time when the current is cut off according to the relay control signal RCS, and generate the motor driving signal MS.
  • the relay control unit 44 may generate a control signal VC for controlling the switching device 50 according to the relay control signal RCS.
  • a voltage is supplied or cut off to the coils 45 and 46 according to the control signal VC.
  • FIG 8 and 9 are views showing the operation of the magnet device according to the direction of the current.
  • the BMS 20 transmits the relay control signal RCS for opening the relay 40 to the relay control unit 44 .
  • the relay control unit 44 determines the direction in which the current I1 flows by the current sensing signal IS.
  • the motor 70 is not driven.
  • the BMS 20 After the relay 50 is opened and closed again, when the current I2 flows to the left in FIG. 9 , the BMS 20 transmits the relay control signal RCS for opening the relay 40 to the relay control unit 44 assume that
  • the relay control unit 44 determines the direction in which the current I2 flows by the current sensing signal IS, and transmits the motor driving signal MS to the motor driving unit 72 .
  • the motor driving unit 72 drives the motor 70 to rotate the magnet rotating unit 65 180 degrees according to the motor driving signal MS. Then, as shown in FIG. 9 , the N-pole magnet 61 is located below and the S-pole magnet 62 is located on the basis of the virtual reference line 43 . Accordingly, even when the direction of the current I2 is opposite to the direction of the current I1, an arc is generated at the contact terminal outward from the contact terminal.

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Abstract

릴레이는, 코일에 전류가 흐를 때 두 접점 단자를 전기적으로 연결하는 무빙 접점 바를 포함하는 스위칭 장치, 상기 두 접점 단자를 이은 가상 기준선을 기준으로 서로 마주보고 상기 스위칭 장치를 둘러싸고 있는 두 개의 자석을 포함하는 자석 장치, 상기 자석 장치의 내주면 중 일부 영역인 결합 내주면과 상기 결합 내주면에 대응하여 위치하는 상기 스위칭 장치의 외주면의 일부 외주면 사이에 위치하여 상기 스위칭 장치와 상기 자석 장치를 결합하는 볼베어링, 및 상기 두 접점 단자 사이에 흐르는 전류의 방향을 감지하는 전류 센서를 포함하고, 상기 전류의 방향에 따라 상기 두 개의 자석을 회전시킨다.

Description

릴레이 및 이를 포함하는 배터리 시스템
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 9월 1일자 한국 특허 출원 제10-2020-0111252호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 개시는 릴레이 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
배터리 시스템에서 고 전류가 흐르는 중 릴레이를 개방할 경우 아크(arc)가 발생한다. 종래 기술은 자석을 사용하여 고 전류의 일 방향으로 흐르는 중 릴레이를 개방할 때 발생하는 아크의 방향을 접점 단자 바깥쪽으로 형성하였다. 이는 릴레이의 내구성을 향상시킬 수 있다. 다만, 고 전류가 일 방향과 반대인 방향으로 흐르는 중 릴레이를 개방할 때 발생하는 아크는 접점 단자 안쪽으로 발생한다. 이는 릴레이의 내구성을 감소시킬 수 있다.
이런 제약으로 인해, 종래 배터리 시스템은 양방향 전류를 모두 높일 수 없다. 즉, 배터리 시스템은 일방향 전류를 높일 수 있으나 타방향 전류는 높일 수 없다.
전류의 방향에 따라 자계를 바꿔 양방향 전류에 대한 접점 단자의 수명을 향상시킬 수 있는 릴레이 및 배터리 시스템을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 일단과 연결되어 있는 제1 접점 단자 및 출력단에 연결되어 있는 제2 접점 단자를 포함하고, 상기 릴레이는, 상기 제1 접점 단자와 상기 제2 접점 단자 사이에 흐르는 전류의 방향에 따라 자계를 바꾸는 자석 장치를 포함할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 릴레이는, 코일에 전류가 흐를 때 두 접점 단자를 전기적으로 연결하는 무빙 접점 바를 포함하는 스위칭 장치, 상기 두 접점 단자를 이은 가상 기준선을 기준으로 서로 마주보고 상기 스위칭 장치를 둘러싸고 있는 두 개의 자석을 포함하는 자석 장치, 상기 스위칭 장치에 대해 상기 자석 장치가 지지되어 회전할 수 있도록, 상기 자석 장치의 내주면 중 일부 영역인 결합 내주면과 상기 결합 내주면에 대응하여 위치하는 상기 스위칭 장치의 외주면의 일부 외주면 사이에 위치하는 회전 및 지지 부재, 및 상기 두 접점 단자 사이에 흐르는 전류의 방향을 감지하는 전류 센서를 포함하고, 상기 전류의 방향에 따라 상기 두 개의 자석을 회전시킨다.
상기 릴레이는, 상기 스위칭 장치를 고정시키기 위해 상기 스위칭 장치의 하부면에 결합되어 있는 고정 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 자석 장치는, 상기 두 개의 자석이 상부면에 서로 마주보고 위치하여 고정되어 있는 자석 회전부를 더 포함하고, 상기 전류의 방향이 바뀌면, 상기 자석 회전부가 회전하여 상기 두 개의 자석의 위치를 서로 바꿀 수 있다.
상기 자석 회전부는, 상기 자석 회전부의 내주면의 일부 영역인 기어 내주면을 따라 형성된 복수의 기어 톱니를 포함하는 기어 블록을 포함하고, 상기 릴레이는, 샤프트 말단에 복수의 기어 톱니가 원형으로 형성된 기어 블록을 포함하는 모터를 포함하며, 상기 모터의 기어 블록과 상기 자석 회전부의 기어 블록은 서로의 기어 톱니가 맞물릴 수 있도록 근접하여 위치할 수 있다.
상기 릴레이는, 상기 전류 방향이 변경되면, 상기 자석 회전부가 180도 회전하도록 상기 모터를 구동하는 모터 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 두 개의 자석 각각은 부채꼴의 단면을 가지는 기둥에서 소정 두께의 외곽 부분만을 남긴 형상이고, 상기 자석 회전부는 원기둥에서 소정 두께의 외곽 부분만을 남긴 형상일 수 있다.
상기 전류가 제1 방향일 때, 상기 두 개의 자석 중 하나인 N극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 일측에 위치하고, 상기 두 개의 자석 중 다른 하나인 S극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 타측에 위치하며, 상기 전류가 제2 방향일 때, 상기 N극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 타측에 위치하고, 상기 S극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 일측에 위치할 수 있다.
상기 회전 및 지지 부재는, 볼베어링으로 구현될 수 있다.
전류의 방향에 따라 자계를 바꿔 양방향 전류에 대한 접점 단자의 수명을 향상시킬 수 있는 릴레이 및 배터리 시스템을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 릴레이를 나타낸 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 스위칭 장치만을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 A-A’선을 기준으로 스위칭 장치를 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 자석 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 자석 장치의 배면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 모터, 모터 구동부, 및 릴레이 제어부를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 전류의 방향에 따른 자석 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
배터리 시스템(1)은 배터리 팩(10), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(20), 및 릴레이(40)를 포함한다. 도 1에서는 배터리 팩이 하나만 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되지 않으며 배터리 시스템(1)은 2개 이상의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 또한, 둘 이상의 배터리 팩은 직렬 또는 병렬 연결되거나, 직렬 연결된 복수의 배터리 팩들이 병렬 연결되거나, 병렬 연결된 복수의 배터리 팩이 직렬 연결되어 있을 수 있다.
배터리 팩(10)은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(11-15)을 포함한다. 도 1에서는 배터리 팩(10)이 5개의 배터리 셀(11-15)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로 발명이 이에 한정되지 않는다.
BMS(20)은 복수의 배터리 셀(11-15)에 연결되어, 복수의 배터리 셀(11-15)의 셀 전압을 측정한다. BMS(20)는 배터리 팩(10) 전압, 배터리 팩 전류, 및 배터리 팩의 온도를 획득할 수 있다. BMS(20)는 복수의 배터리 셀(11-15)의 셀 전압, 배터리 팩 전류 등에 기초하여 배터리 팩(10)의 충방전 전류를 제어하고, 복수의 배터리 셀(11-15)에 대한 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있다. 또한,
BMS(20)는 배터피 팩(10)의 충방전 제어를 위해서, 릴레이(30)의 개방 및 닫힘을 제어한다. BMS(20)은 릴레이(40)의 개방 및 닫힘을 제어하는 릴레이 제어 신호(RCS)를 생성하여 릴레이(40)에 공급할 수 있다.
릴레이(40)는 릴레이 제어 신호(RCS)에 따라 개방 또는 닫히고, 두 개의 접점 단자(41, 42)을 포함하며, 접점 단자(41)은 라인(31)을 통해 배터리 팩(10)의 양극에 연결되고, 접점 단자(41)은 라인(32)을 통해 출력단(P+)에 연결되어 있다.
도 1에서는 하나의 릴레이만이 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 배터리 시스템(1)은 배터리 팩(10)의 음극과 출력단(P-) 사이에 연결되어 있는 릴레이를 더 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 릴레이를 나타낸 사시도이다.
도 2에서는 내부에 위치하여 보이지 않는 구성에 대해서도, 설명의 편의를 위해서 점선으로 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 릴레이(40)는 스위칭 장치(50), 자석 장치(60), 모터(70), 볼베어링(80), 및 고정 기판(90)을 포함한다.
스위칭 장치(50)는 두 접점 단자(41, 42) 사이의 전기적 연결을 제어한다. 스위칭 장치(50)와 자석 장치(60)는 다양한 회전 및 지지 부재에 의해 결합되어 있을 수 있다. 회전 및 지지 부재는 고정된 스위칭 장치(50)에 대해서 회전이 가능한 간격을 두고 스위칭 장치(50)를 둘러싸도록 스위칭 장치(50)와 자석 장치(60)를 지지하고, 스위칭 장치(50)를 중심으로 자석 장치(60)가 회전할 수 있도록 하는 부재일 수 있다. 예를 들어, 회전 및 지지 부재는 다양한 타입의 베어링으로 구현될 수 있다. 도 2에서는 볼베어링(80)이 회전 및 지지 부재로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
스위칭 장치(50)의 결합부(51)에서 볼베어링(80)의 내주면과 다양한 결합 수단에 의해 서로 부착될 수 있다. 자석 장치(60)는 두 개의 자석(61, 62), 및 자석 회전부(65)를 포함한다. 두 개의 자석(61, 62)은 두 접점 단자(41, 42)를 이은 가상 기준선(43)을 기준으로 서로 마주보고 스위칭 장치(50)를 둘러싸고 있다. 자석 회전부(65)의 상부면에는 두 개의 자석(61, 62)이 서로 마주보고 위치하여 고정되어 있고, 자석 회전부(65)의 회전에 따라 가상 기준선(43)을 기준으로 그 위치가 서로 변경된다. 자석 회전부(65)는 모터(70)에 의해 회전하여 두 개의 자선(61, 62)을 회전시킬 수 있다. 자석 회전부(65)의 내주면 중 볼베어링(80)의 외주면과 부착되는 영역(63)이 위치한다.
스위칭 장치(50)의 하부면은 고정 기판(90)에 결합되어 고정되어 있다. 따라서, 모터(70)가 구동되어, 자석 회전부(65)가 회전하고, 자석 회전부(65)에 결합되어 있는 두 개의 자석(61, 62)도 회전한다.
도 2에 예시된 구조는 두 개의 자석(61, 62)을 가상 기준선(43)을 기준으로 그 위치를 서로 바꿀 수 있는 구조의 일 예이다. 발명이 도 2에 도시된 구조에 한정되지 않고, 두 개의 자석(61, 62)의 위치가 가상 기준선(43)을 기준으로 서로 바뀔 수 있는 다양한 구조들 중 하나가 적용될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 스위칭 장치만을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 A-A’선을 기준으로 스위칭 장치를 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 결합부(51)의 외주면(52)에는 복수의 홈(예를 들어, 53, 54)이 형성되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 장치(50)는 플런저(plunger)형으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 릴레이 개방에 의해 아크가 발생하는 다른 형태의 스위칭 장치에도 적용될 수 있다.
스위칭 장치(50)는 접점 단자(41, 42), 플런저(57), 코일(45, 46), 하우징(55), 및 전류 센서(90)를 포함한다.
하우징(55)은 스위칭 장치(50)의 구성을 담고, 접점 단자(41, 42)를 고정시키며, 고정 기판(90)에 부착될 수 있다.
전류 센서(90)는 두 접점 단자(41, 42) 사이에 연결되어 있고, 두 접점 단자(41, 42) 사이에 흐르는 전류 방향을 감지할 수 있다. 도 4에서는 전류 센서(90)가 두 접점 단자(41, 42) 사이에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 두 접점 단자(41, 42) 사이에 흐르는 전류의 방향을 감지할 수 있도록 다른 구성에 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(90)는 스위칭 장치(50)의 외부에 라인(31, 32)에 전기적으로 연결되어 전류 방향을 감지할 수 있다. 전류 센서(90)는 감지된 전류 방향을 지시하는 신호(IS)를 생성하여 릴레이 제어부(300)에 전송할 수 있다.
플런저(58)는 무빙 접점 바(56) 및 샤프트(57)를 포함하고, 샤프트(57)는 무빙 접점 바(56)에 수직한 방향으로 결합하여 중앙 통로(59)에 위치하며, 코일(45, 46)에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장에 의해 중앙 통로(59)를 따라 이동할 수 있다.
코일(45, 46)은 솔레노이드로 구현될 수 있다. 즉, 중앙 통로(59)를 감싸도록 코일(45, 46)이 감겨 중공 형상으로 솔레노이드 형태가 구현될 수 있다. 코일(45, 46)의 양단에 전압을 공급하여 전류가 흐를 때 발생하는 자기장에 의해 샤프트(57)가 위로 이동하여 무빙 접점 바(56)가 두 접점 단자(41, 42)에 접촉한다. 그러면 배터리 시스템(1)과 출력 단자(P+)가 연결되고, 두 출력 단자(P+, P-) 사이에 전기적으로 연결되어 있는 장치에 전류가 흐르거나, 해당 장치로부터 전류가 공급될 수 있다.
코일(45, 46)의 양단에 인가되는 전압을 차단하면, 코일(45, 46)에 흐르던 전류가 차단되어 샤프트(57)가 아래로 이동하고, 무빙 접점 바(56)는 두 접점 단자(41, 42)와 분리되어, 배터리 시스템(1)으로부터 또는 배터리 시스템(1)으로 흐르는 전류가 차단된다.
도 5는 일 실시예에 따른 자석 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 자석 장치의 배면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 자석 장치(60)는 두 개의 자석(61, 62) 및 자석 회전부(65)를 포함한다. 두 개의 자석(61, 62) 각각은 부채꼴의 단면을 가지는 기둥에서 소정 두께(d1)의 외곽 부분만을 남긴 형상이고, 자석 회전부(65)는 원기둥에서 소정 두께(d2)의 외곽 부분만을 남긴 형상이다. 두 개의 자석(61, 62) 각각의 부채꼴 단면의 중심각(Θ)은 소정 각도 이상으로 180도 미만일 수 있다. 두께(d2)는 두께(d1) 이상일 수 있다.
자석 회전부(65)는 내주면의 일부 영역(이하, “기어 내주면”이라 함)(69)에 형성된 기어 블록(66)을 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기어 블록(66)은 복수의 기어 톱니(예를 들어, 67)를 포함하고, 복수의 기어 톱니(67)는 연속하여 기어 내주면(69)을 따라 형성되어 있다. 기어 블록(66)이 모터(70)에 의해 회전하여 자석 회전부(65)가 회전할 수 있다. 이때, 자석 회전부(65)는 볼베어링(80)에 의해 고정된 스위칭 장치(50)와 결합되어 있으므로, 제자리에서 회전하게 된다.
도 7은 일 실시예에 따른 모터, 모터 구동부, 및 릴레이 제어부를 나타낸 도면이다.
모터(70)의 샤프트(71) 말단에는 복수의 기어 톱니가 원형으로 형성된 기어 블록(72)이 결합되어 있다. 모터 구동부(73)는 릴레이 제어부(44)로부터 공급되는 모터 구동 신호(MS)에 따라 모터(70)에 전력을 공급하여 구동한다. 샤프트(71)의 기어 블록(72)과 자석 회전부(65)의 기어 블록(66)은 서로의 기어 톱니가 맞물릴 수 있도록 근접하여 위치한다. 모터(70)에 전력이 공급되어 샤프트(71)가 회전하면, 샤프트(71)를 중심으로 기어 블록(72)이 회전하고, 기어 블록(72)의 복수의 기어 톱니들과 기어 블록(66)의 복수의 기어 톱니들이 순차적으로 맞물리면서, 자석 회전부(65)가 회전한다.
릴레이 제어부(44)는 전류 감지 신호(IS)에 따라 전류 방향을 결정하고, 릴레이 제어 신호(RCS)에 따라 전류가 차단되는 시점을 감지하여, 모터 구동 신호(MS)를 생성할 수 있다. 릴레이 제어부(44)는 릴레이 제어 신호(RCS)에 따라 스위칭 장치(50)를 제어하기 위한 제어 신호(VC)를 생성할 수 있다. 제어 신호(VC)에 따라 코일(45, 46)에 전압이 공급되거나 차단된다.
도 8 및 도 9는 전류의 방향에 따른 자석 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 전류(I1)이 도 8 상에서 우측으로 흐를 때, N극 자석(61) 및 S극 자석(62)는 가상 기준선(43)을 기준으로 서로 마주보고 있다. 이때, BMS(20)가 릴레이(40)를 개방하는 릴레이 제어 신호(RCS)를 릴레이 제어부(44)에 전송한다. 그러면, 릴레이 제어부(44)는 전류(I1)가 흐르는 방향을 전류 감지 신호(IS)에 의해 결정한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 두 자석(61, 62)가 위치할 때는 접점 단자에서 아크가 접점 단자 바깥 방향으로 발생하므로, 모터(70)를 구동하지 않는다.
릴레이(50)의 개방 이후, 다시 닫혀서 전류(I2)가 도 9 상에서 좌측으로 흐를 때, BMS(20)가 릴레이(40)를 개방하는 릴레이 제어 신호(RCS)를 릴레이 제어부(44)에 전송한 것으로 가정한다.
릴레이 제어부(44)는 전류(I2)가 흐르는 방향을 전류 감지 신호(IS)에 의해 결정하고, 모터 구동 신호(MS)를 모터 구동부(72)에 전송한다. 모터 구동부(72)는 모터 구동 신호(MS)에 따라 자석 회전부(65)를 180도 회전 시키도록 모터(70)를 구동한다. 그러면 도 9에 도시된 바와 같이, 가상 기준선(43)을 기준으로 N극 자석(61)은 아래에 위치하고, S극 자석(62)은 위에 위치한다. 이에 따라, 전류(I2)의 방향이 전류(I1)의 방향과 반대일 때에도, 접점 단자에서 아크가 접점 단자 바깥 방향으로 발생한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 코일에 전류가 흐를 때 두 접점 단자를 전기적으로 연결하는 무빙 접점 바를 포함하는 스위칭 장치;
    상기 두 접점 단자를 이은 가상 기준선을 기준으로 서로 마주보고 상기 스위칭 장치를 둘러싸고 있는 두 개의 자석을 포함하는 자석 장치;
    상기 스위칭 장치에 대해 상기 자석 장치가 지지되어 회전할 수 있도록, 상기 자석 장치의 내주면 중 일부 영역인 결합 내주면과 상기 결합 내주면에 대응하여 위치하는 상기 스위칭 장치의 외주면의 일부 외주면 사이에 위치하는 회전 및 지지 부재; 및
    상기 두 접점 단자 사이에 흐르는 전류의 방향을 감지하는 전류 센서를 포함하고,
    상기 전류의 방향에 따라 상기 두 개의 자석을 회전시키는, 릴레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 장치를 고정시키기 위해 상기 스위칭 장치의 하부면에 결합되어 있는 고정 기판을 더 포함하는, 릴레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자석 장치는,
    상기 두 개의 자석이 상부면에 서로 마주보고 위치하여 고정되어 있는 자석 회전부를 더 포함하고,
    상기 전류의 방향이 바뀌면, 상기 자석 회전부가 회전하여 상기 두 개의 자석의 위치를 서로 바꾸는, 릴레이.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자석 회전부는,
    상기 자석 회전부의 내주면의 일부 영역인 기어 내주면을 따라 형성된 복수의 기어 톱니를 포함하는 기어 블록을 포함하고,
    상기 릴레이는,
    샤프트 말단에 복수의 기어 톱니가 원형으로 형성된 기어 블록을 포함하는 모터를 포함하고,
    상기 모터의 기어 블록과 상기 자석 회전부의 기어 블록은 서로의 기어 톱니가 맞물릴 수 있도록 근접하여 위치하는, 릴레이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류 방향이 변경되면, 상기 자석 회전부가 180도 회전하도록 상기 모터를 구동하는 모터 구동부를 더 포함하는, 릴레이.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 두 개의 자석 각각은 부채꼴의 단면을 가지는 기둥에서 소정 두께의 외곽 부분만을 남긴 형상이고,
    상기 자석 회전부는 원기둥에서 소정 두께의 외곽 부분만을 남긴 형상인, 릴레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전류가 제1 방향일 때, 상기 두 개의 자석 중 하나인 N극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 일측에 위치하고, 상기 두 개의 자석 중 다른 하나인 S극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 타측에 위치하며,
    상기 전류가 제2 방향일 때, 상기 N극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 타측에 위치하고, 상기 S극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 일측에 위치하는, 릴레이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전 및 지지 부재는, 볼베어링으로 구현되는, 릴레이.
  9. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩의 일단과 연결되어 있는 제1 접점 단자 및 출력단에 연결되어 있는 제2 접점 단자를 포함하는 릴레이를 포함하고,
    상기 릴레이는,
    코일에 전류가 흐를 때 상기 제1 및 제2 접점 단자를 전기적으로 연결하는 무빙 접점 바를 포함하는 스위칭 장치;
    상기 제1 및 제2 접점 단자를 이은 가상 기준선을 기준으로 서로 마주보고 상기 스위칭 장치를 둘러싸고 있는 두 개의 자석을 포함하는 자석 장치; 및
    상기 스위칭 장치에 대해 상기 자석 장치가 지지되어 회전할 수 있도록, 상기 자석 장치의 내주면 중 일부 영역인 결합 내주면과 상기 결합 내주면에 대응하여 위치하는 상기 스위칭 장치의 외주면의 일부 외주면 사이에 위치하는 회전 및 지지 부재를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 접점 단자 사이에 흐르는 전류의 방향에 따라 상기 두 개의 자석을 회전시키는, 배터리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자석 장치는,
    상기 두 개의 자석이 상부면에 서로 마주보고 위치하여 고정되어 있는 자석 회전부를 더 포함하고,
    상기 전류의 방향이 바뀌면, 상기 자석 회전부가 회전하여 상기 두 개의 자석의 위치를 서로 바꾸는, 배터리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 두 개의 자석 각각은 부채꼴의 단면을 가지는 기둥에서 소정 두께의 외곽 부분만을 남긴 형상이고,
    상기 자석 회전부는 원기둥에서 소정 두께의 외곽 부분만을 남긴 형상인, 배터리 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전류가 제1 방향일 때, 상기 두 개의 자석 중 하나인 N극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 일측에 위치하고, 상기 두 개의 자석 중 다른 하나인 S극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 타측에 위치하며,
    상기 전류가 제2 방향일 때, 상기 N극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 타측에 위치하고, 상기 S극 자석은 상기 가상 기준선을 기준으로 일측에 위치하는, 배터리 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 회전 및 지지 부재는, 볼베어링으로 구현되는, 배터리 시스템.
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